5月5日下午至6日中午的約20個小時內，廣東虎門大橋發(fā)生多次異常抖動，引發(fā)外界關注。隨后，相關專家奔赴現(xiàn)場勘察，初步認定振動原因系沿橋跨邊護欄連續(xù)設置水馬，破壞了大橋的斷面流線型，在特定風環(huán)境條件下，產生了橋梁渦振現(xiàn)象。
不過，專家組表示虎門大橋屬于懸索橋，結構安全可靠，不會影響后續(xù)使用的結構安全和耐久性。
但并非所有的橋梁公路在對抗外力時都能那么幸運。去年10月，臺灣省宜蘭縣21年橋齡的南方澳跨港大橋和無錫高架橋皆因外力發(fā)生結構型橋梁垮塌。
由于近幾年我國重型汽車帶來的交通壓力增大，同時惡劣天氣帶來的腐蝕性也越來越高，對已有一定使用年代的基建結構產生了不小的負面影響。因此，橋梁健康檢測、結構安全評估以及損耗監(jiān)測等顯得尤為重要。
其實，作為重要的交通樞紐，虎門大橋是有一套監(jiān)測系統(tǒng)的。大橋在設計之初就加入了GPS位移、應變實時、長期形變、超限超載等監(jiān)測系統(tǒng)，可實時獲取橋梁在各種情況下的受力、工作狀態(tài)以及抗風、抗震等結構參數(shù)，實現(xiàn)對橋梁的安全監(jiān)測。
從虎門大橋監(jiān)測系統(tǒng)的表現(xiàn)看，融入物聯(lián)網(wǎng)的基建監(jiān)測系統(tǒng)市場將會加速擴大。數(shù)據(jù)顯示，國內目前鐵路營運里程12.9萬公里，橋梁20萬座;公路總里程14.26萬公里，82.55萬座橋梁;還有其他2萬余座水電站、200多個機場等大型公共基礎設施。這些基建中，并非全部都有完整的安全監(jiān)測系統(tǒng);并且，在新基建的加持下，相關監(jiān)測系統(tǒng)的需求和市場將越來越大。
物聯(lián)網(wǎng)在橋梁監(jiān)測中的應用
事實上，類似解決方案已在上海、武漢等地施行，物聯(lián)網(wǎng)技術在結構監(jiān)測領域的應用案例也屢見不鮮。
具體來說，一個完整的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)中臺及應用端。
數(shù)據(jù)采集包括智能傳感器、傳感網(wǎng)和巡檢終端等;數(shù)據(jù)傳輸包括LoRa、NB-IoT等;數(shù)據(jù)中臺包括數(shù)據(jù)管理、分析以及可視化平臺;應用層則對應了各類基建設施，如軌道交通、能源行業(yè)等安全性需求較高的領域。
而橋梁作為連接現(xiàn)代交通的“咽喉”，一旦投入使用，就會進入不斷退化、老化的階段。
近些年，相關橋梁損害甚至坍塌事故，時刻提醒我們必須高度重視橋梁健康檢測與安全評估，以及危橋損傷檢測和監(jiān)控，爭取消除隱患。所以，對橋梁進行監(jiān)測和評價，掌握其健康狀況意義重大。橋梁結構的監(jiān)測，成為橋梁結構安全養(yǎng)護和保障正常使用的主要技術手段。
但該過程僅靠人力是不可能的，費時費力費成本，且無法實時監(jiān)測。上文中提及的“南方澳跨港大橋21年未做獨立檢測”的現(xiàn)象絕非個例，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術在遠程橋梁結構健康監(jiān)測中，成為一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
港珠澳大橋
物聯(lián)網(wǎng)技術應用于橋梁監(jiān)測主要體現(xiàn)在兩個方面
1、應對貨車超載
在高架橋兩端加裝路面壓力傳感器，通過物聯(lián)網(wǎng)獲取車輛載重、類型識別、違規(guī)車輛車牌等信息，在進行分級告警的同時，還可以統(tǒng)計路面總體載荷。
案例：
交通設施智能管理平臺已在上海投入試運營。今后，超載貨運車一旦違規(guī)駛上高架橋梁，橋上埋設的線圈會自動感知微小受力變化，同步向智能管理平臺報警，從而實時監(jiān)測每一座設施的荷載和運行狀況。
一旦有超負荷車輛出現(xiàn)，傳感器將實時感應并向監(jiān)控平臺自動報警，工作人員上報信息，由執(zhí)法者對違規(guī)車輛及時處理。目前，這項技術已在松江辰塔大橋試運作。
2、松江辰塔大橋
對橋梁健康狀況進行日常監(jiān)測
在大橋中植入若干不同種類的傳感設備，設立匯集節(jié)點/網(wǎng)關和實時監(jiān)測平臺，利用LPWAN等技術無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)至匯集節(jié)點，再將數(shù)據(jù)傳入平臺層進行儲存、處理與分析，并根據(jù)分析結果及時采取應對措施。比如，當橋梁極限承載力損失嚴重時，考慮將其拆除。
案例：
在武漢，中鐵大橋科研院的技術人員為42座橋梁安裝15種、1929個傳感器，硬件設備更是達到了25類、共3053套。技術人員通過這些傳感器和硬件設備對橋梁的結構安全(即應變、裂縫、位移、撓度、傾角、溫濕度)、車輛荷載(即車型、車速、車重、軸重、車長)、獨柱墩匝道傾覆及滑移(即應變、位移、傾角)、沉降及橋面線形(即撓度、GPS)等關鍵參數(shù)進行監(jiān)測。
武漢長江大橋
橋梁的結構狀況、基礎沉降、車輛監(jiān)測抓拍等各種監(jiān)測數(shù)據(jù)將通過互聯(lián)網(wǎng)實時存儲至數(shù)據(jù)中心服務器中，實現(xiàn)“一橋一檔”的電子化戶籍式管理。
其次，技術人員還將到現(xiàn)場對橋梁外觀進行檢查，并將結果通過手機APP上傳。各級管理人員或技術人員可通過任何一臺電腦的瀏覽器或手機APP登錄訪問，實時掌握這42座橋梁的健康狀況，便于及時處理突發(fā)事件、修復病害橋梁、確保橋梁運營安全。
另外，“智慧橋梁”系統(tǒng)還能自動生成維修建議，并通過查閱系統(tǒng)中的監(jiān)控視頻、檢測數(shù)據(jù)，為事后追溯、索賠提供依據(jù)。
物聯(lián)網(wǎng)在結構監(jiān)測中的應用
當然，不只是橋梁，未來隧道、樓宇、軌道等各種結構物都開始進入長期的運營使用階段。但是，在各種自然界不確定外力及經(jīng)濟發(fā)展需求的影響下，結構物超載疲勞運營的現(xiàn)象頻發(fā)。
然而，前期的設計、施工并不能確定結構物是否正常運營，這需要一種更實時、快捷的方式對運營狀態(tài)進行全面的精細化監(jiān)測，尤其是對已經(jīng)服役多年的老舊結構物。
結構監(jiān)測前景大有可為
中國結構監(jiān)測的市場剛起步，結合物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的發(fā)展，未來五年有望產生數(shù)十億的市場份額。同時，隨著現(xiàn)有建筑物的逐步老化，市場還會越來越大。鑒于傳感器的生命周期一般為8年左右，所以這基本是一個無限循環(huán)的市場。如果新建筑物在施工階段就采用物聯(lián)網(wǎng)結構監(jiān)測方案，那么整個市場無疑會擴大更多。
例如，一座普通的200米橋梁，監(jiān)測費用需10萬左右，每公里隧道監(jiān)測費用5萬左右，每公里地鐵監(jiān)測費用5萬左右，一座體育場館監(jiān)測費用100萬左右，高層建筑監(jiān)測費用30萬左右。
據(jù)統(tǒng)計，截止2015年，國內現(xiàn)有大小橋梁70多萬座，隧道8000多座(總長度4000多公里)，地鐵總長度超過3000公里，大型體育場館上千座，老舊建筑，高層建筑數(shù)量龐大，未來都將具有實時在線監(jiān)測預警的需求。
同時，日益增多的地質災害也是一個龐大的監(jiān)測市場。猶記得2018年5月9日，成都高新區(qū)聯(lián)合成都高新減災研究所，在成都高新區(qū)60個社區(qū)啟用地震預警“大喇叭”，通過社區(qū)廣播、手機、電視等多途徑，在地震波到達前提前預警，為民眾避險爭取了寶貴時間。
在虎門大橋“深呼吸”的同時，我們看到了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在舊基建中承擔的安全責任和擔當。同時，我們也應當看到，在新舊基建需求同時增加后，物聯(lián)網(wǎng)市場將得到進一步擴張。
